JP2791048B2 - 自走ロボットの制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、自走ロボットに係り、特に自走ロボットの
走行範囲を自在に設定でき、そのことで自走ロボットを
対象とする部屋の中の走行を効率良く走行制御し、かつ
安全性を高めた自走ロボットの制御装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の自動掃除機に見られる走行制御方法は、特開昭
55−97608号公報に記載のように、超音波送信器と受信
器により障害物を検出し、前方に障害物があれば、停止
し進行方向を180゜（90゜回転を２回行う）変える走行
である。しかし従来技術では本文の第５図の破線矢印84
に示すように、ドア74が開いていると、自動掃除機が部
屋の外に出てしまい、掃除をさせたい部屋の掃除ができ
ない点について配慮されていなかった。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、自動掃除機を、ドアなどが開いてい
る部屋で使用した場合、第５図の破線矢印84に示すよう
に自動掃除機がドア部から他の部屋に出てしまい、掃除
をしたい部屋の掃除ができず、また他の部屋にいる人が
危険になる問題があった。

本発明の目的は、自走ロボットを、走行させたい部屋
のドアなどが開いている場合でも、開いた場所から他の
部屋へ出ないようにし、その部屋で掃除あるいは走行を
行わせると共に、他の部屋にいる人の安全を図ることに
ある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明の自走ロボットの
制御装置は、車輪と車輪駆動装置と、自走ロボットの自
己位置を計測する位置計測装置と、周囲の部屋の壁や障
害物を検出する障害物検出装置と、前記自己位置の演
算，障害物の位置座標の演算及び走行方法を判断して車
輪駆動装置に走行方法を指令する中央演算装置と、部屋
の壁や障害物の位置情報を記憶する記憶装置よりなる自
走ロボットにおいて、自走ロボットの走行範囲の座標値
を前記記憶装置に入力するための走行範囲入力装置を設
け、前記座標値によって決まる走行範囲内で、自走ロボ
ットを前記位置情報に基づいて走行制御するようにした
ものである。

〔作用〕

自走ロボットは、入力装置で入力した走行範囲から外
に出ることがなく、ドアなどが開いていても、他の部屋
へ出て行くことがない。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面により説明する。第１
図は、本発明の自走ロボットの実施例である自走掃除ロ
ボットの全体構成を示す斜視図である。第１図で、１は
左車輪、２は左車輪駆動モータ、３は左車輪の歯車ケー
ス、４は左車輪の回転数を測定する左車輪エンコーダ、
５は右車輪、６は右車輪駆動モータ、７は右車輪の歯車
ケース、８は右車輪の回転数を測定する右車輪エンコー
ダ、９は超音波送受信器、10は回転円板、11は回転円板
10の回転軸、12は回転円板に固定されたパラボラアンテ
ナ、13は超音波レーダ回転モータ、14は超音波レーダ用
エンコーダ、15はジャイロ、16は掃除機、17は掃除機16
のごみ吸口、18は掃除機モータ、19は測定回路部、20は
自走掃除ロボットを制御する制御回路部、21は制御回路
部20の制御用電源、22は上記モータの駆動用電源、23は
ロボットの本体フレーム、24はキャスタ、25はロボット
ボディである。

26は自走掃除ロボットの操作部で、以下に説明する駆
動操作装置27と、本発明の主要な構成部品であるロボッ
トの走行範囲の座標を設定する走行範囲入力装置28で構
成されている。

第２図に、駆動操作装置27と本発明の特徴である走行
範囲入力装置28の詳細を示す。第２図で、29は駆動操作
装置27のロボットを自動走行に切り換えるための操作ボ
タン、30はロボットを手動に切り換えるための操作ボタ
ン、31はロボットの自動走行をスタートさせるためのス
イッチボタン、32はロボットの自動走行及び手動走行を
停止させるスイッチボタン、33はロボットを手動で前進
させるための操作ボタン、34はロボットを手動で後退さ
せるための操作ボタン、35はロボットを手動で右に90゜
旋回させるための操作ボタン、36は手動で左に90゜旋回
させるための操作ボタン、37はロボットを手動で右Ｕタ
ーンさせる操作ボタン、38はロボットを手動で左Ｕター
ンさせるための操作ボタンである。

走行範囲入力装置28は、以下の構成である。

39は、ロボットの走行範囲の座標数値に数字１を入力
するための押ボタンである。同様に40は座標値に数字２
を、41は座標値に数字３を、42は座標値に数字４を、43
は座標値に数字５を、44は座標値に６を、45は座標値に
数字７を、46は座標値に数字８を、47は座標値に数字９
を、48は座標値に数字０を、それぞれ入力するための押
ボタンである。49は、走行範囲の座標数値に符号のプラ
スを入力する押ボタン、50は座標数値に符号のマイナス
を入力する押ボタンである。

本実施例のロボットの走行範囲は、第３図に示すよう
に長方形で設定し、走行範囲の座標値は、長方形の対角
の点であるＡ点とＢ点のXY座標（Xa,Ya）と（Xb,Yb）で
入力する。

第２図で、51は走行範囲の長方形のＡ点のＸ座標Xaを
入力する時、あるいは変更する時に押すボタンである。
52は同様に長方形Ａ点のＹ座標Yaの入力あるいは変更す
る時に押すボタン、53は走行範囲の長方形のＢ点のＸ座
標Xbを入力あるいは変更する時に押すボタン、54は長方
形のＢ点のＹ座標Ybを入力あるいは変更する時に押すボ
タンである。55は、走行範囲の長方形のＡ点のＸ座標値
Xaを表示する座標値表示部である。同様に、56は走行範
囲のＡ点のＹ座標値Yaを表示する座標値表示部、57は走
行範囲のＢ点のＸ座標値表示部、58はＢ点のＹ座標値表
示部である。

第４図は、第１図及び第２図における走行制御システ
ムを示すブロック図である。第４図で、2,4,6,8,9,14,1
5,21,22は、第１図のそれらに対応している。27は、第
１図及び第２図に示した駆動操作装置、28は走行範囲入
力装置である。39は、第２図の39〜50の座標数値、符号
を入力する押ボタン及び入力する座標の区別を設定する
第２図の51〜54の押ボタンを代表して示す座標入力装置
である。55は、設定した走行範囲の座標値を表示するた
めの座標値表示部である。63は、第１図の制御回路部20
の中央演算装置、64は中央演算装置63の計算結果及び超
音波送受信器及びパラボラアンテナで検出する部屋の壁
や障害物の位置データを記憶する記憶装置である。65は
第１図の測定回路部19における超音波レーダ検出回路、
66はジャイロ15と接続したジャイロ測定回路、67はパラ
ボラアンテナ12の向きを測定するレーダ角度測定回路、
68は車輪エンコーダ測定回路である。

次に動作を説明する。

本実施例の自走掃除ロボットは、部屋の壁や障害物を
回避しながら、前進と向きを180゜変える旋回とを繰り
返して、部屋の中をくまなく走行及び掃除をする。ロボ
ットの走行は、左車輪駆動モータ２及び右車輪駆動モー
タ６を駆動することにより、左車輪１及び右車輪を駆動
して行う。ロボットの上部には、第１図に示す超音波送
受信器９とパラボラアンテナ12が設けられていて、超音
波レーダ回転モータ13で反時計方向に回転している。パ
ラボラアンテナ12は、超音波送受信器９から発射された
超音波を指向性の鋭い超音波（第１図の破線の矢印12
a）に変え、上記反時計方向の回転により超音波を周囲
に発射する。発射された超音波は、部屋の壁や障害物に
当ると反射され、反射された超音波のうちパラボラアン
テナ12に帰って来たものを超音波送受信器９で受信され
る。パラボラアンテナ12を固定している回転円板10の回
転軸11には超音波レーダ用エンコーダ14が連結されてお
り、このエンコーダ14はパラボラアンテナ12の超音波の
発射及び受波方向を計測する。

これら超音波送受信器９とパラボラアンテナ12と超音
波レーダ用エンコーダ14により、超音波が発射されてか
ら受信されるまでの時間と、超音波の発射及び受波方向
とから、部屋の壁や障害物の位置が測定される。

ジャイロ15は、自走掃除ロボットの向きの変化すなわ
ち角速度を測定する。掃除機16には、ごみ吸口17が接続
されていて、ロボットの走行によりロボットの幅にある
塵芥を吸収する。

第４図の中央演算装置63は、自走掃除ロボットの自己
位置座標の計算と、周囲の部屋の壁や障害物の位置の計
算と、これら部屋の壁や障害物の位置データを記憶装置
64に記憶する作業と、周囲の壁や障害物を回避して走行
するための判断作業と、右車輪６及び左車輪２の駆動制
御とを行う。自己位置座標は左右の車輪エンコーダ4,8
による車輪回転数データより車輪の走行距離と、ジャイ
ロ15のロボットの向きの変化角度より走行開始位置を座
標原点、開始位置でのロボットの向きをXY座標のＹ軸方
向として、次々に累積して計算する。壁や障害物の位置
は、前記超音波送受信器９とパラボラアンテナ12とレー
ダ用エンコーダ14により測定された壁あるいは障害物ま
での距離と方向データよりロボットの自己位置座標に上
積みする方法で計算する。

記憶装置64に壁や障害物の位置を記憶する方法は、第
６図に示すようにXY座標を碁盤の目に分割して、それら
の目盛に記憶装置64のメモリ番地の１ビット（例90）を
割り当て、部屋の壁や障害物が検出された場合、その座
標に相当する記憶装置64のメモリ番地（例91）のビット
（例92）に書き込むことで行う。

次に本発明の特徴であるロボットの走行範囲を設定す
る方法について説明する。

自走掃除ロボットを第５図の部屋の中で走行させる例
で述べる。ロボットは部屋の左隅81に左側の壁に沿って
置く。そしてロボットを走行させる前に、第２図の走行
範囲入力装置28で、部屋の大きさに応じた走行範囲を設
定する。

第２図の例で説明すると、ロボットの走行範囲は前に
第３図で述べたように、長方形の対角の点Ａ点及びＢ点
の座標（Xa,Ya）及び（Xb,Yb）で設定する。第２図で、
Ａ点のＸ座標Xaを−100cmに設定したい場合、前記Xaを
選択するボタン51を押し、次に座標数値に符号のマイナ
スを入力する押ボタン50を押し、つづいて座標値に100
を入力するために、座標値に１を入力する押ボタン39
と、０を入力する押ボタン48を２度押す。この入力によ
り、中央演算装置63は、Xaの座標値表示部55に−100を
表示する。座標設定値を変更したい場合は、再び押ボタ
ン51を押した後、数値を入力する押ボタンを押し直す。

Ａ点のＹ座標Yaを−80cmに設定したい場合、Xaの設定
と同様に、Yaを選択するボタン52を押し、次に座標数値
に符号のマイナスを入力する押ボタン50を押し、つづい
て座標値に80を入力するために、座標値に８を入力する
押ボタン46と０を入力する押ボタン48を押す。この入力
により、中央演算装置63は、Yaの座標値表示部56に−80
を表示する。

長方形の対角のＢ点の座標設定は、Ｂ点のＸ座標Xbを
400cmに設定したい場合、Ａ点と同様に、Xbを選択する
ボタン53を押し、次に座標値400を入力するために、座
標値に４を入力する押ボタン42と０を入力する押ボタン
48を２度押す。この入力により中央演算装置63は、Xbの
座標値表示部57に400を表示する。

Ｂ点のＹ座標Ybを300cmに設定したい場合、Ａ点と同
様に、Ybを選択するボタン54を押し、次に座標値に300
を入力するために、座標値に３を入力する押ボタン41と
０を入力する押ボタン48を２度押す。この入力により中
央演算装置63は、Ybの座標表示部に300を表示する。

第２図の例では、走行範囲の長方形の対角点A,Bの座
標を（−100cm,−80cm）と（400cm,300cm）としたが、
これらの設定座標値は部屋の大きさに応じて適宜設定す
る。また、座標値を変えたい場合は、座標値表示部55〜
57を見ながら、Xa,Ya,Xb,Ybを選択するボタン51〜54を
押した後数値を入力する押ボタン39〜50を押し直す。

以上の走行範囲の座標値が入力されると、中央演算装
置63は、Ａ点の座標値（Xa,Ya）とＢ点の座標値（Xb,Y
b）の記憶装置64における第６図の碁盤の目のメモリ番
地とビットを計算する。

そして中央演算装置63は、第３図に示すように、記憶
装置64のメモリ番地とビットに、上記走行範囲の座標値
に対応した長方形のビットABCDに１を書き込む。第３図
で、Ａ点は（Xa＝−100cm,Ya＝−80cm）に対応した記憶
装置64におけるビット、Ｂ点は（Xb＝400cm,Yb＝300c
m）に対応した記憶装置64のビット、Ｃ点は（Xb＝400c
m,Ya＝−80cm）に対応した記憶装置14におけるビット、
Ｄ点は（Xa＝−100cm,Yb＝300cm）に対応した記憶装置6
4におけるビットである。

以上の走行範囲の入力により、記憶装置64に第３図の
斜線で示したメモリ上の壁があらかじめ設定される。

次に自走掃除ロボットの走行を開始するために第２図
のロボットを自動走行にする操作ボタン29を押し、つづ
いて自動走行をスタートさせるためのスイッチボタン31
を押す。これにより中央演算装置63は左右の車輪駆動モ
ータ２と６に前進を指令する。前進中に中央演算装置63
は、前記ロボットの自己位置座標を前記車輪エンコーダ
4,8による車輪回転数データとジャイロ15によるロボッ
トの向きの角度変化データとをもとに計算する。また前
進中に、中央演算装置63は、前記超音波送受信器９、パ
ラボラアンテナ12とレーダ用エンコーダ14で検出する部
屋の壁や障害物のロボット自己位置（パラボラアンテナ
の回転中心）から見た垂直面や90゜の角度を有した壁コ
ーナー部の位置情報を、第７図に示す記憶装置64の碁盤
の目のビット94,95,96,97に１を記憶する。

また前進中に、中央演算装置63は、掃除機モータ18を
駆動する指令を出し、掃除機16とごみ吸口17によりロボ
ットボディ25の幅のごみを吸収する。

中央演算装置63は、記憶装置64のロボットの前方の碁
盤の目のビットに１が記憶されているが検索して、１が
なければ、前方に壁や障害物がないと判断して前進を継
続する。逆に１が記憶されていると、中央演算装置63は
車輪駆動モータ2,6に停止を指令し、つづいてロボット
の向きを180゜旋回させる走行を車輪駆動モータ2,6に指
令する。

第５図で、自走掃除ロボットが開いているドア74に近
づいた83の位置では、部屋の上部の壁73の障害物情報
は、第８図の100付近には記憶されない。しかし本実施
例ではあらかじめ走行範囲を第３図で述べたメモリ上の
壁ABCDが書き込まれている。したがって、中央演算装置
63は第８図のあらかじめ設定したBD間の壁61のロボット
前方の壁部61aを検索で見つけ、車輪駆動モータ2,6に停
止を指令し、つづいて右に180゜の旋回を指令し、再び
前進85を指令する。

以後、中央演算装置63は、記憶装置64に壁や障害物の
位置データを記憶しながら、記憶装置64におけるロボッ
トの前方のメモリビットに１が記憶されているかすなわ
ち前方に部屋の壁や障害物の情報がないか判断しなが
ら、それらを回避して走行を続ける。

その走行軌跡は、第５図及び第８図の実線で示す81,8
2,83,85,86,88である。

本実施例によれば、自走掃除ロボットの走行範囲をあ
らかじめ設定して、記憶装置64にあたかも部屋の壁があ
ることに相当するメモリ上の壁を設定するので、ロボッ
トをドア74などが開いている部屋で使用した場合でも、
ドア部などから他の部屋に出てしまうことをなく、掃除
をさせたい部屋の掃除を確実に行うことができる効果が
ある。

またロボットがドア部などから他の部屋に出てしまう
ことがないので、他の部屋にいる人の安全を図ることが
できる効果がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、自走掃除ロボットの走行範囲をあら
かじめ座標値で入力し、部屋の壁や障害物の位置情報を
記憶する記憶装置に、走行範囲の境界に壁があるごとく
データを書き込むことにより走行範囲を設定しておく。

したがって、自走掃除ロボットをドアなどが開いてい
る部屋で使用した場合でも、そのドア部などから他の部
屋へ出てしまうことがなくなるので、掃除をさせたい部
屋を確実に行うことができる効果がある。

また自走掃除ロボットが、開いたドア部から他の部屋
に出てしまうことがないので、他の部屋にいる人の安全
を図ることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の自走掃除ロボットの全体構
成を示す斜視図、第２図は、本発明の走行範囲入力装置
を示す平面図、第３図は記憶装置における走行範囲の壁
設定方法を示す説明図、第４図は自走掃除ロボットのシ
ステムブロック図、第５図は走行させる部屋と走行軌跡
の例を示す平面図、第６図は記憶装置における座構の分
割方法を示す説明図、第７図は部屋の壁あるいは障害物
の記憶方法を示す説明図、第８図は走行範囲の設定壁と
実際にある部屋の壁の情報との対応を示した説明図であ
る。 1,5……車輪、2,6……車輪駆動モータ、９……超音波送
受信器、12……パラボラアンテナ、15……ジャイロ、16
……掃除機、20……制御回路部、27……駆動操作装置、
28……走行範囲入力装置、29……自動走行操作ボタン、
30……スタートボタン、32……停止ボタン、33〜38……
手動操作ボタン、33〜48……座標値入力ボタン、49〜50
……符号入力ボタン、55〜58……座標値表示部、63……
中央演算装置、64……記憶装置。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G05D 1/02 A47L 9/00 102 ＪＯＩＳ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車輪と車輪駆動装置と、自走ロボットの自
   己位置を計測する位置計測装置と、周囲の部屋の壁や障
   害物を検出する障害物検出装置と、前記自己位置の演
   算，障害物の位置座標の演算及び走行方法を判断して車
   輪駆動装置に走行方法を指令する中央演算装置と、部屋
   の壁や障害物の位置情報を記憶する記憶装置よりなる自
   走ロボットにおいて、自走ロボットの走行範囲の座標値
   を前記記憶装置に入力するための走行範囲入力装置を設
   け、前記座標値によって決まる走行範囲内で、自走ロボ
   ットを前記位置情報に基づいて走行制御するようにした
   ことを特徴とする自走ロボットの制御装置。